井下涌水大、沖擊地壓強(qiáng)、煤層易自燃等“七毒俱全”礦井，如何安全開(kāi)采？從一年虧損約7.5億元到第4盈利大戶，這是如何實(shí)現(xiàn)的？從掘進(jìn)速度“卡脖子”，到效率提高3倍以上，這是什么情況？從幾次面臨的“關(guān)井”，到制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這些難題的破解、這些巨變是如何實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在只需到山東能源西北礦業(yè)正通煤業(yè)井下看看他們使用的煤礦TBM，答案自然揭曉。這背后又有哪些故事？

跨界思維，以科技對(duì)付“七毒”

（西北礦業(yè)正通煤業(yè)礦井全貌） 

“正通井田面積有219平方公里，面積大、范圍廣，但由于埋藏深，受多災(zāi)害疊加影響，開(kāi)采難度大?！痹摴军h委副書(shū)記、總經(jīng)理張金魁介紹。礦井自建立以來(lái)，面臨著井下涌水量大、沖擊地壓、煤層易自燃、高地溫、硫化氫等多種自然災(zāi)害疊加，被稱(chēng)為“七毒俱全”的礦井，生產(chǎn)與發(fā)展受到嚴(yán)重制約。好幾次“關(guān)井”的議提，被提上了日程。

該公司所采煤層主采4煤層，可采區(qū)平均煤厚9.43米，層埋深在800～1000米之間，為強(qiáng)沖擊傾向性煤層，地質(zhì)條件復(fù)雜，根據(jù)資源賦存情況，目前主要集中在西區(qū)開(kāi)采。

“沖擊地壓的發(fā)生就像裝在煤層中有火藥突然被引爆一樣，巷道瞬間擠壓變形，支架折損，片幫冒頂，傷及人員，具有突發(fā)性、破壞性、復(fù)雜性等等特點(diǎn)?！痹摴靖笨偣こ處熕问靠到榻B。目前該公司沖擊地壓顯現(xiàn)多集中在煤巷，給安全生產(chǎn)帶來(lái)很大制約。

災(zāi)害面前，正通人迎難而上，在深入探索研究沖擊地壓制災(zāi)機(jī)理及防控技術(shù)的同時(shí)，將優(yōu)化巷道布置作為預(yù)防沖擊地壓有效手段之一。

“我們總結(jié)之前將巷道布置早煤巷受到?jīng)_擊地壓的影響這一教訓(xùn)，優(yōu)化巷道布置方式，采用垂直大巷單翼方式布置工作面工藝，將西區(qū)4條開(kāi)拓大巷均布置在巖巷中，各盤(pán)區(qū)和工作面依次順序布置，有效避免沖擊地壓帶來(lái)的影響?！睆埥鹂蚬P者詳細(xì)介紹為避免沖擊地壓影響該公司在優(yōu)化布局所采取的舉措。

雖然沖擊地壓有效避免，但受限于公司開(kāi)采深度大、侏羅紀(jì)巖層堅(jiān)硬，開(kāi)拓大巷工作量大，且復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和疊加的自然災(zāi)害，礦井巖巷掘進(jìn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足開(kāi)拓需求，如果不能及時(shí)向前延伸，那么所有的采掘活動(dòng)都將無(wú)法順利展開(kāi)，將會(huì)嚴(yán)重制約礦井正常生產(chǎn)接續(xù)。

（首臺(tái)TBM順利下線）

高效掘進(jìn)迫在眉睫，對(duì)比國(guó)內(nèi)各類(lèi)高效掘進(jìn)設(shè)備，該公司下定決心加大科技裝備投入防治災(zāi)害。國(guó)內(nèi)先例不多，怎么辦？他們打破常規(guī)，跨界思維，放眼煤炭行業(yè)以外領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析研究，2017年初，大膽提出“探索地下淺層隧道盾構(gòu)工藝引用地下深層巷道掘進(jìn)技術(shù)可行性”研究，將常用于隧道、地鐵施工的盾構(gòu)機(jī)技術(shù)引進(jìn)到千米井下。

石破天驚的想法一提出，該公司立即成立了專(zhuān)項(xiàng)小組，全面了解，多方調(diào)研和實(shí)地考察。最終確定采用TBM施工工藝，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)，解決采掘活動(dòng)集中、開(kāi)拓工程量大等不利因素影響，打開(kāi)礦井產(chǎn)能釋放束縛，進(jìn)一步保障工作面頭面及老空區(qū)防沖安全距離，確保礦井安全高效生產(chǎn)正常。

跑出安全高效掘進(jìn)3倍的“加速度”

“工欲善其事，必先利其器?！盩BM設(shè)備集機(jī)、電、液、傳感、信息等技術(shù)于一體，能夠同時(shí)完成破巖、支護(hù)、出渣等多項(xiàng)作業(yè)，由于作業(yè)時(shí)對(duì)圍巖擾動(dòng)小，可以有效控制巷道成型，與常用的掘進(jìn)設(shè)備相比，具有施工安全性好、掘進(jìn)速度快、成巷質(zhì)量高、除塵效果好等優(yōu)點(diǎn)。

（BM設(shè)備部件準(zhǔn)備下井進(jìn)行安裝）

然而首次應(yīng)用，沒(méi)有任何經(jīng)驗(yàn)的情況下，正通煤業(yè)干部職工們?cè)趯W(xué)習(xí)中提升，在克服困難中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。要想保障設(shè)備安全生產(chǎn)，必須隨時(shí)解決現(xiàn)場(chǎng)所遇到的各類(lèi)問(wèn)題。

“剛開(kāi)始，我們也是摸著石頭過(guò)河，現(xiàn)場(chǎng)遇到的各類(lèi)困難也成了我們更好學(xué)習(xí)提升的見(jiàn)證。”該公司TBM辦公室主任崔國(guó)剛說(shuō)。為了保障TBM設(shè)備生產(chǎn)順利，他們專(zhuān)門(mén)成立了TBM技術(shù)攻關(guān)小組，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)施工難題，將困難變課題，全力展開(kāi)技術(shù)攻關(guān)，在不斷的實(shí)踐中優(yōu)化完善。

針對(duì)頂板破碎，通過(guò)改造設(shè)備平臺(tái)，護(hù)盾后部增加人工鉆，縮小錨桿支護(hù)間排距、頂板掛網(wǎng)提高支護(hù)質(zhì)量，安裝專(zhuān)門(mén)的清渣皮帶，轉(zhuǎn)運(yùn)落渣等措施，成功解決了這一問(wèn)題；針對(duì)泥巖堵塞刀盤(pán)，通過(guò)采用刀盤(pán)背部噴霧，降低粉塵及刀盤(pán)溫度，避免水量過(guò)大泥巖堵塞刀盤(pán)。問(wèn)題一一得到了破解，也使設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)效能得到充分發(fā)揮。  

“應(yīng)用TBM在圍巖穩(wěn)定情況下，不會(huì)出現(xiàn)巷道超欠挖情況，巷道成型更容易把控，用料更省，錨桿（索）施工一條線，線纜管路吊掛一條線，皮帶敷設(shè)一條線等‘十條線’更標(biāo)準(zhǔn)。”該公司副總經(jīng)理、總工程師侯濤介紹。另外，圓形巷道受力更加穩(wěn)定均勻，巷道破壞減少。

對(duì)比目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)的綜掘技術(shù)，TBM實(shí)現(xiàn)了迎頭的全封閉，杜絕迎頭片幫和人員靠近掘進(jìn)機(jī)截割部帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，掘進(jìn)期間粉塵大幅減少，作業(yè)環(huán)境明顯改善。與鉆爆法相比，不再使用火工品，減少了作業(yè)環(huán)節(jié)，杜絕了爆破事故的發(fā)生。

（首臺(tái)TBM設(shè)備在井下安裝）

據(jù)了解，該公司首臺(tái)TBM自2020年9月18日試掘進(jìn)以來(lái)累計(jì)完成進(jìn)尺5084米，最高日進(jìn)尺18.2米，最高月進(jìn)尺377米。第二臺(tái)TBM 在四盤(pán)區(qū)并聯(lián)泄水巷掘進(jìn)巷道2090米，最高日進(jìn)尺21.3米，最高月進(jìn)尺401米，平均348米/月。第三臺(tái)TBM在西區(qū)1#回風(fēng)大巷施工，平掘日進(jìn)尺保持在12米。在相同的條件下，與傳統(tǒng)鉆爆法施工工藝相比，掘進(jìn)速度提高5倍左右，與全巖綜掘工藝相比提高了3倍，機(jī)械自動(dòng)化水平得到了進(jìn)一步提升，大大提高了勞動(dòng)效率，施工單價(jià)降低近40%。

此外，該公司還充分發(fā)揮TBM掘進(jìn)速度快、成巷質(zhì)量高等優(yōu)勢(shì)，用于四盤(pán)區(qū)并聯(lián)泄水巷施工，保證工作面排水系統(tǒng)安全，為安全高效生產(chǎn)提供有力保障。

創(chuàng)效8.5億，掘進(jìn)職工減員近3成

“設(shè)備狀況良好，連續(xù)皮帶機(jī)已啟動(dòng)，準(zhǔn)備開(kāi)機(jī)……”9月12日，正通煤業(yè)公司西區(qū)1#回風(fēng)大巷，今年5月中旬投入生產(chǎn)的第三臺(tái)TBM，操作人員現(xiàn)場(chǎng)安全確認(rèn)后，發(fā)出了開(kāi)機(jī)指令。

在設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)的轟鳴中，迎頭支護(hù)班組人員在跟班隊(duì)長(zhǎng)化世龍及班長(zhǎng)聶擁軍的指揮下，從頂幫分區(qū)支護(hù)、安設(shè)單軌吊梁、安裝皮帶架等崗位，按照施工工序組織生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)管理人員有序安排，各崗位職工的熟練操作與默契配合。

（職工對(duì)設(shè)備主泵站運(yùn)行情況進(jìn)行巡檢）

“2021年7月份，我們優(yōu)選專(zhuān)業(yè)力量，組建成立TBM隊(duì)，負(fù)責(zé)新引進(jìn)的TBM掘進(jìn)作業(yè)?！痹摴救肆Y源部部長(zhǎng)李明介紹。TBM設(shè)備引進(jìn)之前，該公司最多時(shí)有7支掘進(jìn)隊(duì)伍，隊(duì)伍多、職工素質(zhì)參差不齊，加上礦井復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響，人員流動(dòng)大，給隊(duì)伍管理帶來(lái)難度，掘進(jìn)隊(duì)伍施工效率整體偏低。

2020年首臺(tái)TBM在現(xiàn)場(chǎng)成功投運(yùn)后，該公司擇優(yōu)選擇適應(yīng)能力強(qiáng)、業(yè)務(wù)技能過(guò)硬等綜合素質(zhì)高的職工進(jìn)入TBM隊(duì)伍，確?？焖龠m應(yīng)新設(shè)備，學(xué)習(xí)掌握新技術(shù)，在高效掘進(jìn)中樹(shù)立標(biāo)桿。

該公司今年4月份，隨著TBM設(shè)備增加，該公司將原來(lái)的普掘隊(duì)伍與原有的TBM隊(duì)伍進(jìn)行合并，組建TBM一隊(duì)，進(jìn)一步培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能 TBM 人才和隊(duì)伍，適應(yīng)礦井長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展需要。目前該公司掘進(jìn)隊(duì)伍優(yōu)化后，保留4支掘進(jìn)隊(duì)伍，與之前相比，職工人數(shù)下降27%。

“真的很榮幸能夠加入TBM一隊(duì)，不僅能接觸新設(shè)備，掌握新技能，我們的待遇相比之前也提升了一千多元，心里特別滿足?！苯衲陱钠站蚨?duì)進(jìn)入TBM一隊(duì)的職工劉興旺介紹。

TBM設(shè)備的應(yīng)用，改善了作業(yè)環(huán)境，降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，安全高效生產(chǎn)也是職工待遇得到了提高，在這樣的隊(duì)伍職工們都干勁十足。 

（第3臺(tái)TBM現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境）

先進(jìn)設(shè)備應(yīng)用讓生產(chǎn)組織進(jìn)一步優(yōu)化，促進(jìn)了生產(chǎn)質(zhì)量和效率的提升，也給企業(yè)帶來(lái)了效益。

“從排定的礦井生產(chǎn)接續(xù)情況來(lái)看，如果采用普通綜掘工藝，正通煤業(yè)公司將在四五盤(pán)區(qū)間工作面接續(xù)時(shí)出現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)1年的單面生產(chǎn)情況，屆時(shí)礦井將減產(chǎn)150萬(wàn)噸左右?！睆埥鹂榻B，“如果采用該設(shè)備，將加快與西區(qū)風(fēng)井貫通，提前實(shí)現(xiàn)礦井盤(pán)區(qū)分區(qū)式通分，從而具備雙面生產(chǎn)條件，使工作面產(chǎn)能進(jìn)一步釋放，可增加煤炭生產(chǎn)約150萬(wàn)噸，結(jié)合當(dāng)前煤炭市場(chǎng)價(jià)格分析，可間接為公司帶來(lái)8.5億元的經(jīng)濟(jì)效益。”

研究制定TBM煤礦行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

一流的企業(yè)做標(biāo)準(zhǔn)，二流的企業(yè)做品牌，三流的企業(yè)做產(chǎn)品。

一路走來(lái)，正通煤業(yè)TBM歷經(jīng)2次設(shè)計(jì)改進(jìn)和優(yōu)化，為煤礦行業(yè)TBM設(shè)備應(yīng)用提供了重要的借鑒意義。

（首臺(tái)設(shè)備后配套系統(tǒng)）

“我們結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件和實(shí)際情況從設(shè)備結(jié)構(gòu)、支護(hù)系統(tǒng)、后配套系統(tǒng)等方面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和優(yōu)化?！痹摴军h委書(shū)記、執(zhí)行董事王海賓介紹。從第一代設(shè)備完全按照隧道工程模式設(shè)計(jì)，在使用過(guò)程中該公司結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件和實(shí)際情況不斷探索，進(jìn)行優(yōu)化。

他們縮短設(shè)備長(zhǎng)度，提高設(shè)備靈活性，對(duì)刀盤(pán)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)掘進(jìn)和收矸功能，刀盤(pán)還可根據(jù)巖石層理結(jié)構(gòu)，調(diào)整刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，保證巷道成型。加強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)和后配套設(shè)施優(yōu)化，增加支護(hù)空間和液壓指形護(hù)盾，提高了支護(hù)效率和保證頂板安全，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了物料配送直接配送到現(xiàn)場(chǎng)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)保證現(xiàn)場(chǎng)物料周轉(zhuǎn)及時(shí)。

（優(yōu)化后的設(shè)備，減小了長(zhǎng)度和體積）

數(shù)臺(tái)TBM在正通的成功應(yīng)用，在業(yè)界產(chǎn)生了很好地引領(lǐng)示范作用?！八淼罊C(jī)還能這么玩！”，該公司也先后受邀參加了中國(guó)煤炭建設(shè)協(xié)會(huì)專(zhuān)題會(huì)議并作匯報(bào)，亮相陜西省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)博覽會(huì)，先后榮獲“山東省煤炭行業(yè)管理創(chuàng)新一等獎(jiǎng)”“煤炭行業(yè)兩化深度融合優(yōu)秀項(xiàng)目”“中國(guó)煤炭工業(yè)行業(yè)標(biāo)桿案例”等多項(xiàng)榮譽(yù)，并從施工工藝、設(shè)備安裝、安全管理三個(gè)方面與中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)研究制定TBM煤礦行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

今年5～8月份，山東能源現(xiàn)場(chǎng)跟班寫(xiě)實(shí)活動(dòng)在正通煤業(yè)公司開(kāi)展，來(lái)自山東能源24家兄弟單位先后圍繞TBM設(shè)備在煤礦高效掘進(jìn)及改造，通過(guò)交流座談，現(xiàn)場(chǎng)寫(xiě)實(shí)了解等方式，進(jìn)一步為兄弟單位礦井在巖巷高效掘進(jìn)的實(shí)現(xiàn)提供借鑒，引領(lǐng)示范作用不斷放大。

目前該公司正加快第四臺(tái)TBM設(shè)備的引進(jìn)工作，研究探索單軌吊懸掛式后配套設(shè)備，托舉式裝配方式，縮短設(shè)備長(zhǎng)度、減小組裝硐室尺寸和長(zhǎng)度，縮短安撤時(shí)間，用于短距離巷道掘進(jìn)施工，提高設(shè)備利用率，持續(xù)探索TBM高效掘進(jìn)工藝，創(chuàng)新成果、不斷推廣。

（TBM設(shè)備正在生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行改造優(yōu)化）

放眼智能化礦井建設(shè)與發(fā)展，TBM設(shè)備也勢(shì)必向自動(dòng)化與智能化方向轉(zhuǎn)變，從現(xiàn)場(chǎng)操作向遠(yuǎn)程操控轉(zhuǎn)變，從人工識(shí)別向大數(shù)據(jù)智能鑒別轉(zhuǎn)變，這也將對(duì)智能化高效掘進(jìn)提出了更高的要求。不斷創(chuàng)新的TBM應(yīng)用，讓正通煤業(yè)嘗到了實(shí)實(shí)在在的甜頭，從一年虧損約7.5個(gè)億，到成為西北礦業(yè)第4盈利大戶。正通煤業(yè)憑借煤礦TBM這一黑科技，不僅改變了自己的命運(yùn)，也破解了安全高效掘進(jìn)等行業(yè)面臨的共同難題，正在引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。

“我們將嚴(yán)格按照黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)李偉關(guān)于TBM快速掘進(jìn)作業(yè)線建設(shè)部署要求，圍繞實(shí)現(xiàn)液壓錨桿機(jī)自動(dòng)控制和TBM整機(jī)一鍵啟動(dòng)目標(biāo)，持續(xù)探索，著力形成具有‘智能程度高、施工速度快、用工結(jié)構(gòu)精、工程質(zhì)量?jī)?yōu)、經(jīng)濟(jì)效益好’的正通特色TBM掘進(jìn)施工體系?！蓖鹾Ｙe介紹，全力實(shí)現(xiàn)TBM在礦井的模塊化、流程化、專(zhuān)業(yè)化應(yīng)用，爭(zhēng)做山東能源智能化高效掘進(jìn)“排頭兵”“示范者”，為建設(shè)現(xiàn)代化一流礦井而不懈奮斗，奮力譜寫(xiě)高質(zhì)量發(fā)展新篇章。